CN214958725U - 一种船舶混合供电系统和船舶 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种船舶混合供电系统和船舶，该装置包括：动力源，在电池管理系统和能量管理系统的管理下，基于混合能源，提供第一电能；混合能源，包括：两种以上能源中的任一种能源或任几种能源；直流配电系统，在电池管理系统和能量管理系统的管理下，基于动力源提供的第一电能，采用交‑直‑交配电方式，进行交‑直‑交组网配电，得到第二电能；第二电能，还能向日用电网负载供电；推进系统，在功率控制系统的控制下，利用直流配电系统经交‑直‑交组网方式得到的第二电能，推进待供电设备运行。该方案，通过用多种能源作为动力的船舶混合供电系统，能够减少船舶运行产生中的排放物造成的环境污染，有利于提升船舶的环保性能。

Description

一种船舶混合供电系统和船舶

技术领域

本实用新型属于船舶技术领域，具体涉及一种船舶混合供电系统和船舶，尤其涉及一种柴电多能源交-直-交混合电力推进船舶，即一种能用多种能源作为动力的船舶混合供电系统。

背景技术

船舶作为全球货物运输的主要运载工具，承担了全球约90％的贸易往来。目前，世界上约99％的大型商船均采用柴油机推进的动力系统，但是船舶运行中产生的CO₂、SO_x、NO_X、颗粒物等排放物，会对其运行水域、港口和沿海地区造成严重的环境污染，并导致全球气候变暖。

上述内容仅用于辅助理解本实用新型的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

实用新型内容

本实用新型的目的在于，提供一种船舶混合供电系统和船舶，以解决船舶采用柴油机推进的动力系统时，在运行中产生的排放物，会造成严重的环境污染的问题，达到通过提供能用多种能源作为动力的船舶混合供电系统，能够减少船舶运行产生中的排放物造成的环境污染，有利于提升船舶的环保性能的效果。

本实用新型提供一种船舶混合供电系统，包括：动力系统和控制系统；所述动力系统和所述控制系统连接，且所述动力系统和所述控制系统均能连接至待供电设备；所述动力系统，包括：动力源、直流配电系统和推进系统，所述动力源、所述直流配电系统和所述推进系统依次连接；所述控制系统，包括：能量管理系统、电池管理系统和功率控制系统；所述电池管理系统、所述能量管理系统和所述功率控制系统依次连接；所述动力源，还分别与所述电池管理系统和所述能量管理系统连接；所述直流配电系统，还分别与所述电池管理系统和所述能量管理系统连接；所述推进系统，还与所述功率控制系统连接；其中，所述动力源，被配置为在所述电池管理系统和所述能量管理系统的管理下，基于混合能源，提供第一电能；所述混合能源，包括：两种以上能源中的任一种能源或任几种能源；所述直流配电系统，被配置为在所述电池管理系统和所述能量管理系统的管理下，基于所述动力源提供的第一电能，采用交-直-交配电方式，进行交-直-交组网配电，得到第二电能；所述第二电能，还能向日用电网负载供电；所述推进系统，被配置为在所述功率控制系统的控制下，利用所述直流配电系统经交-直-交组网方式得到的第二电能，推进待供电设备运行。

在一些实施方式中，所述动力源，包括：石化燃料类动力源和绿色能源类动力源；其中，所述石化燃料类动力源，包括：柴油发电机组和LNG发电机组中的至少之一；所述绿色能源类动力源，包括：生物质能发电机组、甲醇发电机组、太阳能光伏发电机组、波浪能发电机组、潮汐能发电机组、蓄电池系统、超级电容系统、燃料电池系统和岸电电源中的至少之一。

在一些实施方式中，所述直流配电系统，包括：直流处理单元、交流处理单元和直流母线；所述直流处理单元的数量，与所述动力源中不同能源的动力源的数量相同；所述交流处理单元的数量，与所述推进系统和日用电网负载的数量相同；不同数量的所述直流处理单元，经所述直流母线，连接至不同数量的所述交流处理单元。

在一些实施方式中，其中，一个所述直流处理单元，包括：第一负荷开关、直流处理模块和第一熔断器；所述第一负荷开关、所述直流处理模块和所述第一熔断器，依次设置在所述动力源中一个能源动力源与所述直流母线之间；所述直流处理模块，包括：AC-DC整流器或DC-DC斩波器；一个所述交流处理单元，包括：第二熔断器、交流处理模块和第二负荷开关；还包括：电机或变压器；所述第二熔断器、所述交流处理模块和所述第二负荷开关，依次连接在所述直流母线与所述电机或所述变压器之间。

在一些实施方式中，不同数量的所述交流处理单元，包括：第一交流处理单元、第二交流处理单元和第三交流处理单元；所述推进系统，包括：主推进器和侧推进器；所述主推进器，通过第一交流处理单元连接至所述直流母线；所述侧推进器，也通过第二交流处理单元连接至所述直流母线；日用电网负载，通过第三交流处理单元连接至所述直流母线。

在一些实施方式中，所述主推进器，采用集成全回转环驱式永磁隧道推进装置；所述侧推进器，采用螺旋桨推进装置；所述集成全回转环驱式永磁隧道推进装置，包括：一体化推进单元和推进控制装置；其中，所述一体化推进单元，包括：环驱式永磁电机、桨叶、导流罩外壳和水润滑轴承；所述桨叶，位于所述环驱式永磁电机的驱动中心，并与所述环驱式永磁电机一体化设置在所述导流罩外壳内；所述水润滑轴承，位于所述桨叶与所述环驱式永磁电机形成的一体化结构的两侧；所述推进控制装置，包括：包括DI数字控制器、中央处理器、信号放大器和通信联络器；所述中央处理器收到待供电设备的操控指令后进行数据分析，将驱动信号发送给每个所述DI数字控制器，经所述信号放大器输出后传递给所述环驱式永磁电机，所述通信联络器能够联络待供电设备的多个推进控制装置，形成主从或主主控制模式，为待供电设备的驱动提供动力。

在一些实施方式中，所述能量管理系统，包括：主控制器和子控制器；每个所述子控制器，与所述主控制器连接；所述功率控制系统，包括：中控箱、机旁控制箱、遥控面板和显示面板；所述机旁控制箱、所述遥控面板和所述显示面板，均连接至所述中控箱。

与上述装置相匹配，本实用新型再一方面提供一种船舶，包括：船体；还包括：如以上所述的船舶混合供电系统；所述船舶混合供电系统，连接至所述船体，能够为所述船体供电。

由此，本实用新型的方案，通过综合利用绿色能源的交-直-交混合电力推进船舶，实现在不同场景下能源的稳定接入与切换，提高能源的利用效率，降低船舶污染物排放；通过提供能用多种能源作为动力的船舶混合供电系统，能够减少船舶运行产生中的排放物造成的环境污染，有利于提升船舶的环保性能。

本实用新型的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的船舶混合供电系统的一实施例的结构示意图；

图2为本实用新型的一种柴电多能源交-直-交混合动力船舶的一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型的一种柴电多能源交-直-交混合动力船舶动力系统中左舷部分的一实施例的结构示意图；

图4为本实用新型的供电控制方法的一实施例的流程示意图。

结合附图2，本实用新型实施例中附图标记如下：

1-船体；11-甲板；12-侧板；13-底板；14-龙骨；15-肋骨；2-船舶动力系统；21-动力源；211-石化燃料类动力源；212-绿色能源类动力源；22-直流配电系统；221-AC-DC整流器；222-DC-DC斩波器；223-直流母线；224-DC-AC逆波器；23-推进系统；231-一体化推进单元；232-推进控制装置；2311-环驱式永磁电机；2312-桨叶；2313-导流罩外壳；2314-水润滑轴承；2321-DI数字控制器；2322-中央处理器；2323-信号放大器；2324-通信联络器；3-船舶控制系统；31-EMS；311-主控制器；312-子控制器；32-BMS；33-PCS；331-中控箱；332-机旁控制箱；333-遥控面板；334-显示面板。

结合附图3，本实用新型实施例中附图标记如下：

16-第一负荷开关；17-第二负荷开关；24-第一熔断器；25-左舷直流母线；26-第一DC-AC逆变器；27-第二DC-AC逆变器；28-第三DC-AC逆变器；29-第一电机；30-第二电机；34-主推进器；35-侧推进器；36-船舶日用电网负载；40-变压器；41-柴油发电机组；411-第一AC-DC整流器；412-第二AC-DC整流器；413-第三AC-DC整流器；414-第四AC-DC整流器；415-第一DC-DC斩波器；416-第二DC-DC斩波器；417-第三DC-DC斩波器；418-第四DC-DC斩波器；419-第五DC-DC斩波器；42-LNG发电机组；420-第六DC-DC斩波器；421-第五AC-DC整流器；43-生物质能发电机组；44-甲醇发电机组；45-太阳能光伏发电机组；46-波浪能发电机组；47-潮汐能发电机组；48-蓄电池系统；49-超级电容系统；50-燃料电池系统；51-岸电电源；52-第二熔断器。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型具体实施例及相应的附图对本实用新型技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

国际海事组织(IMO)以“绿色环保、节能减排”为原则，制定和出台了一系列防治船舶污染环境的强制性规定，如2018年通过的《减少船舶温室气体排放的初步战略》。以太阳能、风能、波浪能、潮汐能、生物质能、液化天然气(LNG)、甲醇、燃料电池系统、超级电容系统、蓄电池等新能源为动力的电力推进船舶具有安全、绿色、经济、智能等特点，符合生态环境保护和社会能源结构转型的需求。与柴油机推进船舶相比，电力推进船舶机动性强、易操纵、空间布局灵活、噪音低、舒适性高。

当前电力推进船舶主要采用交流组网技术，即通过将恒定的船用电站频率转化成可调的频率的变频设备，驱动推进器。但是，蓄电池系统、超级电容等储能设备一般以直流形式释放能量，太阳能、风能、波浪能、潮汐能、生物质能、燃料电池等新能源发电系统一般生成直流电。采用交流组网技术需要经过变压器、正弦波滤波器、三相逆变器等设备才能实现动力源与用电设备的连接，存在设备多、所需空间大、控制复杂、电缆要求多等问题。

另外，随季节、时间、环境的不同，太阳能、风能、波浪能、潮汐能、蓄电池系统、燃料电池系统、超级电容等单一新能源不能持续有效的释放电能，难以形成一种稳定且持续性好的综合性发电方式，降低了能源利用率，限制了船舶的机动性和可操作性性。当单一动力源发生故障时，船舶的安全性和可靠性难以保障。

在一些实施方式中，为了满足IMO对“节能减排”的要求，本实用新型的方案，提供一种综合利用绿色能源的交-直-交混合电力推进船舶，实现在不同场景下能源的稳定接入与切换，提高能源的利用效率，降低船舶污染物排放，并在某一动力源发生故障时，保证船舶的安全可靠运行。其中，绿色能源，包括但不限于太阳能、风能、波浪能、潮汐能、生物质能、LNG、甲醇、蓄电池系统、燃料电池系统、超级电容。

针对交流组网电力推进船舶存在的问题，采用交-直-交组网技术，更好地兼容蓄电池系统、超级电容等储能设备，方便太阳能、燃料电池系统、风能等新能源的接入，提高电力推进系统的集成度，降低系统体积和重量，消除整船范围的谐波与谐振风险，保证推进系统工作在最优能耗曲线上，进一步降低能耗与排放。

根据本实用新型的实施例，提供了一种船舶混合供电系统。参见图1所示本实用新型的装置的一实施例的结构示意图。该船舶混合供电系统可以包括：动力系统和控制系统。所述动力系统和所述控制系统连接，且所述动力系统和所述控制系统均能连接至待供电设备。在待供电设备为船舶的情况下，动力系统是船舶动力系统2，控制系统是船舶控制系统3。如图2所示，本实用新型提出的一种交-直-交组网的多能源混合动力船舶由船体1、船舶动力系统2和船舶控制系统3组成。交-直-交组网，即将动力源生成的交流电转换成直流电，再转换成交流电供船舶负荷使用。

所述动力系统，包括：动力源21、直流配电系统22和推进系统23，所述动力源21、所述直流配电系统22和所述推进系统23依次连接。例如：船舶动力系统2包括动力源21、直流配电系统22和推进系统23组成。动力源21通过直流配电系统22与推进系统23连接。

所述控制系统，包括：能量管理系统31、电池管理系统32和功率控制系统33。所述电池管理系统32、所述能量管理系统31和所述功率控制系统33依次连接。所述动力源21，还分别与所述电池管理系统32和所述能量管理系统31连接。所述直流配电系统22，还分别与所述电池管理系统32和所述能量管理系统31连接。所述推进系统23，还与所述功率控制系统33连接。例如：船舶控制系统3包括能量管理系统EMS31、功率控制系统PCS32和电池管理系统BMS33。动力源21和直流配电系统22分别与EMS 31和BMS 32连接，推进系统23与PCS 33连接。

其中，所述动力源21，被配置为在所述电池管理系统32和所述能量管理系统31的管理下，基于混合能源，提供第一电能。所述混合能源，包括：两种以上能源中的任一种能源或任几种能源。混合能源，如绿色能源，该绿色能源包括但不限于太阳能、风能、波浪能、潮汐能、生物质能、LNG、甲醇、蓄电池系统、燃料电池系统、超级电容。

所述直流配电系统22，被配置为在所述电池管理系统32和所述能量管理系统31的管理下，基于所述动力源21提供的第一电能，采用交-直-交配电方式，进行交-直-交组网配电，得到第二电能。所述第二电能，还能向日用电网负载供电。也就是说，动力源21用于向船舶推进系统和船舶日用电网负载36供电。其中，交-直-交组网，即，“交-直-交”组网，是直接通过整流单元将交流电整流为直流电，通过直流母排进行配电，然后通过逆变器输出交流电至船舶各用电负载，这种方式将交流系统中的配电、变频和控制管理单元进行了合并。与交流组网技术相比，直流配电系统通过交-直-交组网省去了配电板和部分变压器，直流组网直接与发电机和电动机相连，大大降低了整个配电系统的体积和重量，提高了设备的集成度，显著降低设备占地面积和体积。

所述推进系统23，被配置为在所述功率控制系统33的控制下，利用所述直流配电系统22经交-直-交组网方式得到的第二电能，推进待供电设备运行。

可见，本实用新型的方案，为了满足IMO对“节能减排”的要求，综合利用绿色能源的交-直-交混合电力推进船舶，实现在不同场景下能源的稳定接入与切换，提高能源的利用效率，降低船舶污染物排放，并在某一动力源发生故障时，保证船舶的安全可靠运行。并且，采用交-直-交组网技术，更好地兼容蓄电池系统、超级电容等储能设备，方便太阳能、燃料电池系统、风能等新能源的接入，提高电力推进系统的集成度，降低系统体积和重量，消除整船范围的谐波与谐振风险，保证推进系统工作在最优能耗曲线上，进一步降低能耗与排放。

在一些实施方式中，所述动力源21，包括：石化燃料类动力源211和绿色能源类动力源212。

其中，所述石化燃料类动力源211，包括：柴油发电机组41和LNG发电机组42中的至少之一。

所述绿色能源类动力源212，包括：生物质能发电机组43、甲醇发电机组44、太阳能光伏发电机组45、波浪能发电机组46、潮汐能发电机组47、蓄电池系统48、超级电容系统49、燃料电池系统50和岸电电源51中的至少之一。

例如：如图2和图3所示，一种交-直-交组网的柴电多能源混合动力船舶动力系统包括左舷动力系统和右舷动力系统。以左舷动力系统为例，动力源21包括石化类燃料动力源211和绿色能源类燃料动力源212。动力源21设置有石化燃料类动力源211和绿色能源类动力源212，主要有柴油发电机组、LNG发电机组、生物质能发电机组、甲醇发电机组、太阳能光伏发电机组、风力发电系统、波浪能发电系统、潮汐能发电系统、蓄电池系统、燃料电池系统、超级电容系统、岸电电源。柴电多能源混合动力船舶将太阳能、LNG、柴油、蓄电池系统、燃料电池系统、超级电容等多种能源作为动力源，实现了动力的稳定持续输出。设有左右舷两套相同动力系统，提升了系统的冗余性。在直流配电系统每一支路上以及左右舷直流母线间均设有负荷开关和熔断器，能够实现对故障线路的及时隔离，提高了系统的安全性和可靠性。

动力源21设置有石化燃料类动力源211和绿色能源类动力源212，可以实现多种能源的综合利用，满足当前全球航运对于“节能减排”的要求。绿色能源类动力源212具有绿色、环保、经济等的特点，能够降低CO₂、NOx、SOx等污染物的排放，符合生态环境保护和社会能源结构转型的需求。与此同时，综合采用石化类燃料作为动力源，避免了单一新能源不能持续有效的释放电能，难以形成一种稳定且持续性好的综合性发电方式的问题，提升了船舶的机动性和可操作性性，避免了当单一动力源发生故障时，船舶的安全性和可靠性难以保障的问题。

其中，风能、太阳能、岸电可以在船舶靠港停船后为全船日常照明等负荷提供电力，也可为船舶储能装置进行充电。当船舶运行在经济航速下或航行工况较好的情况下，可采用蓄电池系统、超级电容等储能设备、燃料电池等为船舶供电，提供动力。当船舶全速航行或储能系统储能不足时，可采用柴油发电机组、LNG发电机组等为船舶供电，提供动力。另在排放控制区内，可以采用绿色能源类动力源，避免排放法规对船舶航行的限制，提升船舶航行的灵活性和适用性。

在一些实施方式中，所述直流配电系统22，包括：直流处理单元、交流处理单元和直流母线。所述直流处理单元的数量，与所述动力源21中不同能源的动力源的数量相同。所述交流处理单元的数量，与所述推进系统23和日用电网负载的数量相同。

不同数量的所述直流处理单元，经所述直流母线，连接至不同数量的所述交流处理单元。

例如：直流处理单元，如AC-DC整流器221、DC-DC斩波器222。直流母线，如直流母线223。交流处理单元，如DC-AC逆波器224。交-直-交配电系统设置有直流母线223，用以连接多台AC-DC整流器221、DC-DC斩波器222和DC-AC逆变器224。AC-DC整流器221，分别位于柴油发电机组、LNG发电机组、生物质能发电机组、甲醇发电机组、岸电电源与直流母线之间，用以将柴油发电机组、LNG发电机组、生物质能发电机组、甲醇发电机组或岸电电源产生的交流电转换为直流电输出到直流母线上。DC-DC斩波器222，分别位于蓄电池系统、燃料电池系统、超级电容系统、太阳能光伏发电机组、风力发电系统、波浪能发电系统、潮汐能发电系统与直流母线之间，储能系统包括蓄电池系统、超级电容与直流母线之间的DC-DC斩波器222用以升压使储能系统向直流母线放电或降压使储能系统从直流母线充电，太阳能光伏发电机组、风力发电系统、波浪能发电系统、潮汐能发电系统、燃料电池与直流母线之间的DC-DC斩波器222用以将幅值变化的直流电转化为幅值稳定的直流电向直流母线放电。DC-AC逆变器224，分别位于直流母线与推进电机、日用电网变压器之间，用以将直流母线上的直流电转换成交流电输出给船舶推进器和日用电网负载。负荷开关，分别位于各动力源与相应整流器或斩波器之间，以及各逆变器与相应推进电机或船舶日用电网变压器之间，用以控制各支路的开断，并能够切断较小的过载电流。熔断器，分别位于整流器与直流母线的线路、斩波器与直流母线的线路、以及直流母线与逆变器的线路上，用以在各支路发生故障如较大过载电流或短路电流时，迅速切断该支路，保障配电系统安全。

在一些实施方式中，一个所述直流处理单元，包括：第一负荷开关、直流处理模块和第一熔断器。所述第一负荷开关、所述直流处理模块和所述第一熔断器，依次设置在所述动力源21中一个能源动力源与所述直流母线之间。所述直流处理模块，包括：AC-DC整流器或DC-DC斩波器。

具体地，第一负荷开关，如第一负荷开关16。第一熔断器，如第一熔断器24。直流配电系统22，包括：左舷直流配电系统和右舷直流配电系统。左舷动力系统，包括动力源21、直流配电系统22中的左舷直流配电系统和推进系统23组成。以船舶的左舷为例，直流处理单元的数量，与动力源21中的供电能源的数量相同，每个直流处理单元，连接在相应的供电能源与左舷直流母线25之间。直流配电系统22中的左舷直流配电系统，包括：直流处理单元、左舷直流母线25和交流处理单元。每个直流处理单元，包括：依次连接在相应的供电电源与左舷直流母线25之间的第一负荷开关16、左舷整流模块和第一熔断器24。左舷整流模块，包括：AC-DC整流器或DC-DC斩波器。所述直流处理模块中的AC-DC整流器或DC-DC斩波器，包括：与柴油发电机组41相匹配的左舷整流模块，是第一AC-DC整流器411。与LNG发电机组42相匹配的左舷整流模块，是第二AC-DC整流器412。与生物质能发电机组43相匹配的左舷整流模块，是第三AC-DC整流器413。与甲醇发电机组44相匹配的左舷整流模块，是第四AC-DC整流器414。与太阳能光伏发电机组45相匹配的左舷整流模块，是第一DC-DC斩波器415。与波浪能发电机组46相匹配的左舷整流模块，是第二DC-DC斩波器416。与潮汐能发电机组47相匹配的左舷整流模块，是第三DC-DC斩波器417。与蓄电池系统48相匹配的左舷整流模块，是第四DC-DC斩波器418。与超级电容系统49相匹配的左舷整流模块，是第五DC-DC斩波器419。与燃料电池系统50相匹配的左舷整流模块，是第六DC-DC斩波器420。与岸电电源51相匹配的左舷整流模块，是第五AC-DC整流器421。

一个所述交流处理单元，包括：第二熔断器、交流处理模块和第二负荷开关。还包括：电机或变压器。所述第二熔断器、所述交流处理模块和所述第二负荷开关，依次连接在所述直流母线与所述电机或所述变压器之间。

具体地，第二负荷开关，如第二负荷开关17。第二熔断器，如第二熔断器52。电机，如第一电机29、第二电机30等。变压器，如变压器40，连接至船舶日用电网负载36。

由此，采用交-直-交的组网形式，能够实现对多种绿色能源类动力源的良好兼容，整个配电系统面向不同的动力源具有相应的配电结构，能够保证不同的新能源动力源的稳定接入与切换。柴电多能源混合动力船舶综合利用多种新能源和储能设备作为动力源，降低了对化石燃料的使用，减少了CO₂等温室气体的排放，满足IMO对“节能减排”的需求，具有绿色环保、经济安全的特点。多种动力源根据不同航行场景和驾驶员指令，能够稳定接入和切换，提升了能源利用效率，保证了船舶航行安全和续航力。

在一些实施方式中，不同数量的所述交流处理单元，包括：第一交流处理单元、第二交流处理单元和第三交流处理单元。第一交流处理单元，如第一逆变模块。第二交流处理单元，如第二逆变模块。第三交流处理单元，如第三逆变模块。

所述推进系统23，包括：主推进器34和侧推进器35。所述主推进器34，通过第一交流处理单元连接至所述直流母线。所述侧推进器35，也通过第二交流处理单元连接至所述直流母线。

日用电网负载，通过第三交流处理单元连接至所述直流母线。

具体地，以船舶的左舷为例，交流处理单元，包括：第一逆变模块、第二逆变模块和第三逆变模块。推进系统23，包括：主推进器34、侧推进器35。第一逆变模块，连接在主推进器34与左舷直流母线25之间。第二逆变模块，连接在侧推进器35与左舷直流母线25之间。第三逆变模块，连接在船舶日用电网负载36与左舷直流母线25之间。

第一逆变模块，包括：依次连接在主推进器34与左舷直流母线25之间的第一电机29、第二负荷开关17、第一DC-AC逆变器26和第二熔断器52。第二逆变模块，包括：依次连接在侧推进器35与左舷直流母线25之间的第二电机30、第二负荷开关17、第二DC-AC逆变器27和第二熔断器52。第三逆变模块，包括：依次连接在船舶日用电网负载36与左舷直流母线25之间的变压器40、第二负荷开关17、第三DC-AC逆变器28和第二熔断器52。

具体地，左舷柴油发电机组41与左舷整流器如第一AC-DC整流器411相连，左舷整流器如第一AC-DC整流器411与左舷直流母线25相连，通过左舷整流器如第一AC-DC整流器411将柴油发电机组生成的交流电转变为直流电，向左舷直流母线25供电。左舷直流母线25与左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28相连，并通过左舷逆变器如第一DC-AC逆变器26和第二DC-AC逆变器27将左舷直流母线25上的直流电转变成交流电，为左舷主推进器电动机如第一电机29或左舷侧推进器电机如第二电机30供电，进而带动推进船舶的左舷主推进器34或左舷侧推进器35转动。另外，左舷直流母线25与左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28相连，并通过左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28将左舷直流母线25上的直流电转变成交流电，左舷变压器如变压器40与左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28相连，对左舷直流母线25上的直流电进行降压，为船舶日用电网负载36供电。此外，左舷直流母线25与左舷斩波器如第四DC-DC斩波器418或第五DC-DC斩波器419相连，对左舷直流母线25上的直流电进行降压，为左舷蓄电池系统如蓄电池系统48或左舷超级电容系统如超级电容系统49充电，对柴油发电机组41生成的电能进行储存。波浪能发电系统46、潮汐能发电系统47对应的电力推进系统结构和电流转换与左舷太阳能光伏发电机组45相同。左舷LNG发电机组42、生物质能发电机组43和甲醇发电机组44对应的电力推进系统结构和电流转换与左舷柴油发电机组相同。

在光照丰富时，左舷太阳能光伏发电机组45与左舷斩波器如第一DC-DC斩波器415相连，左舷斩波器如第一DC-DC斩波器415与左舷直流母线25相连接，通过左舷斩波器如第一DC-DC斩波器415将太阳能光伏发电机组生成的幅值变化的直流电转变为幅值稳定的直流电，向左舷直流母线25放电。左舷直流母线25与左舷逆变器如第一DC-AC逆变器26和第二DC-AC逆变器27相连，并通过左舷逆变器如第一DC-AC逆变器26和第二DC-AC逆变器27将左舷直流母线25上的直流电转变成交流电，为左舷主推进器电动机如第一电机29或左舷侧推进器电机如第二电机30供电，进而带动推进船舶的左舷主推进器34或左舷侧推进器35转动。另外，左舷直流母线25与左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28相连，并通过左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28将左舷直流母线25上的直流电转变成交流电，左舷变压器如变压器40与左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28相连，对左舷直流母线25上的直流电进行降压，为船舶日用电网负载36供电。此外，左舷直流母线25与左舷斩波器如第四DC-DC斩波器418或第五DC-DC斩波器419相连，对左舷直流母线25上的直流电进行降压，为左舷蓄电池系统如蓄电池系统48或左舷超级电容系统如超级电容系统49充电，对太阳能光伏发电机组45生成的电能进行储存。

左舷燃料电池系统50与左舷斩波器如第五AC-DC整流器421相连，左舷斩波器如第五AC-DC整流器421与左舷直流母线25相连接，通过左舷斩波器如第五AC-DC整流器421将燃料电池系统生成的幅值变化的直流电转变为幅值稳定的直流电，向左舷直流母线25放电。左舷直流母线25与左舷逆变器如第一DC-AC逆变器26和第二DC-AC逆变器27相连，并通过逆变器26-27将左舷直流母线25上的直流电转变成交流电，为左舷主推进器电动机如第一电机29或左舷侧推进器电机如第二电机30供电，进而带动推进船舶的左舷主推进器34或左舷侧推进器35转动。另外，左舷直流母线25与左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28相连，并通过左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28将左舷直流母线25上的直流电转变成交流电，左舷变压器如变压器40与左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28相连，对左舷直流母线25上的直流电进行降压，为船舶日用电网负载36供电。

左舷蓄电池系统如蓄电池系统48与左舷斩波器如第四DC-DC斩波器28相连，左舷斩波器如第四DC-DC斩波器28与左舷直流母线25相连接，通过左舷斩波器如第四DC-DC斩波器28将左舷蓄电池系统如蓄电池系统48释放的直流电进行升压，向左舷直流母线25放电。左舷直流母线25与左舷逆变器如第一DC-AC逆变器26和第二DC-AC逆变器27相连，并通过逆变器26-27将左舷直流母线25上的直流电转变成交流电，为左舷主推进器电动机如第一电机29或左舷侧推进器电机如第二电机30供电，进而带动推进船舶的左舷主推进器34或左舷侧推进器35转动。另外，左舷直流母线25与左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28相连，并通过左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28将左舷直流母线25上的直流电转变成交流电，左舷变压器如变压器40与左舷逆变器如第三DC-AC逆变器28相连，对左舷直流母线25上的直流电进行降压，为船舶日用电网负载36供电。此外，左舷斩波器如第四DC-DC斩波器28可对左舷直流母线25上的直流电进行降压，从而为左舷蓄电池系统如蓄电池系统48充电，对柴油发电机组41、LNG发电机组42、生物质能发电机组43、甲醇发电机组44、太阳能光伏发电机组45、波浪能发电系统46、潮汐能发电系统47产生的电能进行存储。左舷超级电容系统如超级电容系统49对应的电力推进系统结构和电流转换与左舷蓄电池系统相同。

岸电电源51与左舷整流器如第五AC-DC整流器421相连，左舷整流器如第五AC-DC整流器421与左舷直流母线25相连，通过左舷整流器如第五AC-DC整流器421将岸电电源51接入的交流电转变为直流电，向左舷直流母线25供电。左舷直流母线25与左舷斩波器如第四DC-DC斩波器418或第五DC-DC斩波器419相连，对左舷直流母线25上的直流电进行降压，为左舷蓄电池系统如蓄电池系统48或左舷超级电容系统如超级电容系统49充电。

右舷动力系统工作原理与左舷动力系统相同。左舷直流母线25与右舷直流母线通过第一负荷开关16相连接，并且在连接线路上设有第一熔断器24，第一负荷开关16和第一熔断器24可以实现两个直流母线的快速分离。在船舶动力系统每一支路上均设有第一熔断器24，可以在支路发生故障时，快递隔离故障支路，并不对其他支路产生影响。

在一些实施方式中，所述主推进器34，采用集成全回转环驱式永磁隧道推进装置；所述侧推进器35，采用螺旋桨推进装置。所述集成全回转环驱式永磁隧道推进装置，包括：一体化推进单元231和推进控制装置232。例如：推进系统23为集成全回转环驱式永磁隧道推进装置，包括一体化推进单元231和推进控制装置232。

其中，所述一体化推进单元231，包括：环驱式永磁电机2311、桨叶2312、导流罩外壳2313和水润滑轴承2314。所述桨叶2312，位于所述环驱式永磁电机2311的驱动中心，并与所述环驱式永磁电机2311一体化设置在所述导流罩外壳2313内。所述水润滑轴承2314，位于所述桨叶2312与所述环驱式永磁电机2311形成的一体化结构的两侧。例如：一体化推进单元231包括环驱式永磁电机2311、桨叶2312、导流罩外壳2313和水润滑轴承2314。环驱式永磁电动机2311包括一个带有若干电线圈绕组的钉子和一个带有若干永磁铁的定子。桨叶2312位于永磁电动机的驱动中心，与电动机一体化放置在导流罩外壳2313内。水润滑轴承2314位于桨叶-电动机一体化结构的两侧，传递桨叶旋转产生的推力。

所述推进控制装置232，包括：包括DI数字控制器2321、中央处理器2322、信号放大器2323和通信联络器2324。所述中央处理器2322收到待供电设备的操控指令后进行数据分析，将驱动信号发送给每个所述DI数字控制器2321，经所述信号放大器2323输出后传递给所述环驱式永磁电机2311，所述通信联络器2324能够联络待供电设备的多个推进控制装置232，形成主从或主主控制模式，为待供电设备的驱动提供动力。例如：推进控制装置232集成在推进系统23中，包括DI数字控制器2321、中央处理器2322、信号放大器2323和通信联络器2324等。中央处理器2322收到船舶操控指令后进行数据分析，将驱动信号发送给各DI数字控制器2321，经信号放大器2323输出后传递给环驱式永磁电机，通信联络器2324可联络全船多个推进控制装置232，形成主从或主主控制模式，为船舶驱动提供动力。集成全回转环驱式永磁隧道推进装置可360°旋转，通过海水直接冷却电机，采用水润滑无污染。

在一些实施方式中，所述能量管理系统31，包括：主控制器311和子控制器312。每个所述子控制器312，与所述主控制器311连接。

所述功率控制系统33，包括：中控箱331、机旁控制箱332、遥控面板333和显示面板334。所述机旁控制箱332、所述遥控面板333和所述显示面板334，均连接至所述中控箱331。

具体地，当船舶运行在光照充足条件时，采用太阳能光伏发电机组45进行供电。当船舶运行在经济航速时，采用蓄电池系统48、燃料电池系统50、超级电容系统49进行供电。当船舶储能不足时或者船舶全航速前进时，采用LNG发电机组42、柴油发电机组41等向船舶供电。太阳能光伏发电机组45、LNG发电机组42或柴油发电机组41、蓄电池系统48、燃料电池系统50、超级电容系统49可同时向船舶供电，由EMS 31根据船舶状态确定各动力源的电量分配。当船舶处于停泊状态时，采用岸电电源51对蓄电池系统48、超级电容系统49进行充电。

由此，在交-直-交组网中，采用逆变电源将直流电网逆变成三相交流后供电，逆变器采用正弦波滤波器，输出电压的波形质量比船体交流发电机产生的电源更清洁，引入的谐波污染更小，并且发电机组的谐波已被直流母线隔离，所以不会受到发电机组谐波的影响。另外，交-直-交组网中，各个设备的谐波特性不会相互影响，也不会影响整船电网，降低了系统在谐波方面的影响。

经大量的试验验证，采用本实用新型的技术方案，通过综合利用绿色能源的交-直-交混合电力推进船舶，实现在不同场景下能源的稳定接入与切换，提高能源的利用效率，降低船舶污染物排放。通过提供能用多种能源作为动力的船舶混合供电系统，能够减少船舶运行产生中的排放物造成的环境污染，有利于提升船舶的环保性能。

根据本实用新型的实施例，还提供了对应于船舶混合供电系统的一种船舶。该船舶可以包括：船体1。还包括：如以上所述的船舶混合供电系统。所述船舶混合供电系统，连接至所述船体1，能够为所述船体1供电。

具体地，船体1由甲板11、侧板12、底板13、龙骨14和肋骨15等构件构成。甲板11是位于内底板13以上，用于封盖船内空间，并将船内空间水平分隔成层的平面结构。龙骨14是位于船体的基底中央，用于连接船首柱和船尾柱的一个纵向构件，可承受船体的纵向弯曲力矩。肋骨15是位于船体内，用于承受横向水压力，保持船体的几何形状的横向构建。侧板12和底板13共同构成船体的几何形状，承受纵向弯曲力、水压力、波浪冲击力等各种外力。也就是说，甲板11位于内底板13以上，将船内空间水平分隔成层的平面结构，龙骨14位于船体的基底中央，连接船首柱和船尾柱的一个纵向构件，肋骨15位于船体内，侧板12和底板13共同构成船体的几何形状。

在待供电设备为船舶的情况下，若船舶采用太阳能发电，则多块太阳能电池板呈矩阵排列，位于甲板11上方，并通过角度调节机构调整太阳能电池板的方向。多块太阳能电池板呈矩阵排列，可以提高太阳能电池板接受太阳辐射的强度，使光能得到最大化的利用。通过角度调节机构调整太阳能电池板的方向，包括：通过角度传感器、光强传感器、温度传感器等采集太阳光的强度信息，并将这些信息输入到单片机中，单片机对反映太阳光强度的信息进行逻辑运算处理，确定太阳能电池板的高度角和方位角，通过驱动电机对太阳能电池板进行机械控制，使电池板调整到合适的角度。

在待供电设备为船舶的情况下，若船舶采用风力发电，则水平轴风力发电机通过支撑杆固定在船舶的尾部。

在待供电设备为船舶的情况下，若船舶采用波浪能发电，则横摇发电机和纵摇发电机分别对称地成对安装在船舶的左右舷上，对称安装可以避免发电机对于船舶稳定性的影响，多个纵摇、横摇发电机可以提高对波浪能的利用率。

这样，柴电多能源混合动力船舶采用纯电力推进，避免了柴油机推进方式存在的轴系占用空间大、使用舱容小、推进系统结构复杂、维护保养工作量大、整体推进效率低等问题，具有布局灵活、安装方便、便于维修、推进效率高、振动噪音低等优点。

由于本实施例的船舶所实现的处理及功能基本相应于前述图1所示的装置的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实用新型的技术方案，通过综合利用绿色能源的交-直-交混合电力推进船舶，实现在不同场景下能源的稳定接入与切换，提高能源的利用效率，降低船舶污染物排放，并在某一动力源发生故障时，保证船舶的安全可靠运行。

根据本实用新型的实施例，还提供了对应于船舶的一种船舶的供电控制方法，如图4所示本实用新型的方法的一实施例的流程示意图。该船舶的供电控制方法可以包括：步骤S110至步骤S130。

在步骤S110处，通过动力源21，在所述电池管理系统32和所述能量管理系统31的管理下，基于混合能源，提供第一电能。所述混合能源，包括：两种以上能源中的任一种能源或任几种能源。混合能源，如绿色能源，该绿色能源包括但不限于太阳能、风能、波浪能、潮汐能、生物质能、LNG、甲醇、蓄电池系统、燃料电池系统、超级电容。

在步骤S120处，通过直流配电系统22，在所述电池管理系统32和所述能量管理系统31的管理下，基于所述动力源21提供的第一电能，采用交-直-交配电方式，进行交-直-交组网配电，得到第二电能。所述第二电能，还能向日用电网负载供电。也就是说，动力源21用于向船舶推进系统和船舶日用电网负载36供电。其中，交-直-交组网，即，“交-直-交”组网，是直接通过整流单元将交流电整流为直流电，通过直流母排进行配电，然后通过逆变器输出交流电至船舶各用电负载，这种方式将交流系统中的配电、变频和控制管理单元进行了合并。与交流组网技术相比，交-直-交直流配电系统通过交-直-交组网省去了配电板和部分变压器，直流组网直接与发电机和电动机相连，大大降低了整个配电系统的体积和重量，提高了设备的集成度，显著降低设备占地面积和体积。

其中，进行交-直-交组网配电，包括：使所述动力源21中的发电机组，根据所述船舶中的负载功率变化，选择变转速模式运行，以根据所述船舶中不同的负载调整所述发电机组的转速，使所述船舶工作在设定效率区域内。

在步骤S130处，通过推进系统23，在所述功率控制系统33的控制下，利用所述直流配电系统22经交-直-交组网方式得到的第二电能，推进待供电设备运行。

在交流组网中，同步发电机智能输出恒频、恒压的交流电，当船舶负载发生变化时，只能通过切断或增加同步发电机组来适应负载功率的变化，这种切换方式是非线性的，导致动力源如柴油发电机组不能工作在最佳功率效率点上，提高的推进系统的燃油消耗。在交-直-交组网中，发电机组可根据负载功率变化，选择变转速模式运行，根据不同的负载调整发电机组的转速，使船舶始终工作在高效区域，保证船舶推进系统工作在最优能耗曲线，降低船舶能耗和排放。

在一些实施方式中，通过动力源21，在所述电池管理系统32和所述能量管理系统31的管理下，基于混合能源，提供第一电能，包括以下任一种供电情形。

第一种供电情形：若所述船舶的运行环境中光照强度达到设定光照条件，则采用所述动力源21中的太阳能光伏发电机组45供电。

第二种供电情形：若所述船舶的运行速度在设定第一速度范围内，则采用所述动力源21中的蓄电池系统48、超级电容系统49、燃料电池系统50中的至少之一供电。

第三种供电情形：若所述船舶的储能低于设定能量条件或所述船舶的运行速度在设定第二速度范围内，则采用所述动力源21中的LNG发电机组42、柴油发电机组41中的至少之一供电。第二速度范围的下限大于第一速度范围的上限，通常为船舶全速航行时。

第四种供电情形：若所述船舶处于停泊状态，则采用所述动力源21中的岸电电源51向蓄电池系统48、超级电容系统49中的至少之一充电。

具体地，当船舶运行在光照充足条件时，采用太阳能光伏发电机组45进行供电。当船舶运行在经济航速时，采用蓄电池系统48、燃料电池系统50、超级电容系统49进行供电。当船舶储能不足时或者船舶全航速前进时，采用LNG发电机组42、柴油发电机组41等向船舶供电。太阳能光伏发电机组45、LNG发电机组42或柴油发电机组41、蓄电池系统48、燃料电池系统50、超级电容系统49可同时向船舶供电，由EMS 31根据船舶状态确定各动力源的电量分配。当船舶处于停泊状态时，采用岸电电源51对蓄电池系统48、超级电容系统49进行充电。

由于本实施例的方法所实现的处理及功能基本相应于前述船舶的实施例、原理和实例，故本实施例的描述中未详尽之处，可以参见前述实施例中的相关说明，在此不做赘述。

经大量的试验验证，采用本实施例的技术方案，通过综合利用绿色能源的交-直-交混合电力推进船舶，实现在不同场景下能源的稳定接入与切换，提高能源的利用效率，降低船舶污染物排放，采用交-直-交组网技术，更好地兼容蓄电池系统、超级电容等储能设备，方便太阳能、燃料电池系统、风能等新能源的接入，提高电力推进系统的集成度，降低系统体积和重量，消除整船范围的谐波与谐振风险，保证推进系统工作在最优能耗曲线上，进一步降低能耗与排放。

综上，本领域技术人员容易理解的是，在不冲突的前提下，上述各有利方式可以自由地组合、叠加。

以上所述仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。

Claims (8)

1.一种船舶混合供电系统，其特征在于，包括：动力系统和控制系统；所述动力系统和所述控制系统连接，且所述动力系统和所述控制系统均能连接至待供电设备；

所述动力系统，包括：动力源(21)、直流配电系统(22)和推进系统(23)，所述动力源(21)、所述直流配电系统(22)和所述推进系统(23)依次连接；

所述控制系统，包括：能量管理系统(31)、电池管理系统(32)和功率控制系统(33)；所述电池管理系统(32)、所述能量管理系统(31)和所述功率控制系统(33)依次连接；所述动力源(21)，还分别与所述电池管理系统(32)和所述能量管理系统(31)连接；所述直流配电系统(22)，还分别与所述电池管理系统(32)和所述能量管理系统(31)连接；所述推进系统(23)，还与所述功率控制系统(33)连接；

其中，

所述动力源(21)，被配置为在所述电池管理系统(32)和所述能量管理系统(31)的管理下，基于混合能源，提供第一电能；所述混合能源，包括：两种以上能源中的任一种能源或任几种能源；

所述直流配电系统(22)，被配置为在所述电池管理系统(32)和所述能量管理系统(31)的管理下，基于所述动力源(21)提供的第一电能，采用交-直-交配电方式，进行交-直-交组网配电，得到第二电能；所述第二电能，还能向日用电网负载供电；

所述推进系统(23)，被配置为在所述功率控制系统(33)的控制下，利用所述直流配电系统(22)经交-直-交组网方式得到的第二电能，推进待供电设备运行。

2.根据权利要求1所述的船舶混合供电系统，其特征在于，所述动力源(21)，包括：石化燃料类动力源(211)和绿色能源类动力源(212)；其中，

所述石化燃料类动力源(211)，包括：柴油发电机组(41)和LNG发电机组(42)中的至少之一；

所述绿色能源类动力源(212)，包括：生物质能发电机组(43)、甲醇发电机组(44)、太阳能光伏发电机组(45)、波浪能发电机组(46)、潮汐能发电机组(47)、蓄电池系统(48)、超级电容系统(49)、燃料电池系统(50)中的至少之一；所述绿色能源类动力源(212)，还包括：岸电电源(51)。

3.根据权利要求1或2所述的船舶混合供电系统，其特征在于，所述直流配电系统(22)，包括：直流处理单元、交流处理单元和直流母线；所述直流处理单元的数量，与所述动力源(21)中不同能源的动力源的数量相同；所述交流处理单元的数量，与所述推进系统(23)和日用电网负载的数量相同；

不同数量的所述直流处理单元，经所述直流母线，连接至不同数量的所述交流处理单元。

4.根据权利要求3所述的船舶混合供电系统，其特征在于，其中，

一个所述直流处理单元，包括：第一负荷开关、直流处理模块和第一熔断器；所述第一负荷开关、所述直流处理模块和所述第一熔断器，依次设置在所述动力源(21)中一个能源动力源与所述直流母线之间；所述直流处理模块，包括：AC-DC整流器或DC-DC斩波器；

一个所述交流处理单元，包括：第二熔断器、交流处理模块和第二负荷开关；还包括：电机或变压器；所述第二熔断器、所述交流处理模块和所述第二负荷开关，依次连接在所述直流母线与所述电机或所述变压器之间。

5.根据权利要求3所述的船舶混合供电系统，其特征在于，不同数量的所述交流处理单元，包括：第一交流处理单元、第二交流处理单元和第三交流处理单元；

所述推进系统(23)，包括：主推进器(34)和侧推进器(35)；所述主推进器(34)，通过第一交流处理单元连接至所述直流母线；所述侧推进器(35)，也通过第二交流处理单元连接至所述直流母线；

日用电网负载，通过第三交流处理单元连接至所述直流母线。

6.根据权利要求5所述的船舶混合供电系统，其特征在于，所述主推进器(34)，采用集成全回转环驱式永磁隧道推进装置；所述侧推进器(35)，采用螺旋桨推进装置；所述集成全回转环驱式永磁隧道推进装置，包括：一体化推进单元(231)和推进控制装置(232)；其中，

所述一体化推进单元(231)，包括：环驱式永磁电机(2311)、桨叶(2312)、导流罩外壳(2313)和水润滑轴承(2314)；所述桨叶(2312)，位于所述环驱式永磁电机(2311)的驱动中心，并与所述环驱式永磁电机(2311)一体化设置在所述导流罩外壳(2313)内；所述水润滑轴承(2314)，位于所述桨叶(2312)与所述环驱式永磁电机(2311)形成的一体化结构的两侧；

所述推进控制装置(232)，包括：包括DI数字控制器(2321)、中央处理器(2322)、信号放大器(2323)和通信联络器(2324)；所述中央处理器(2322)收到待供电设备的操控指令后进行数据分析，将驱动信号发送给每个所述DI数字控制器(2321)，经所述信号放大器(2323)输出后传递给所述环驱式永磁电机(2311)，所述通信联络器(2324)能够联络待供电设备的多个推进控制装置(232)，形成主从或主主控制模式，为待供电设备的驱动提供动力。

7.根据权利要求1或2所述的船舶混合供电系统，其特征在于，所述能量管理系统(31)，包括：主控制器(311)和子控制器(312)；每个所述子控制器(312)，与所述主控制器(311)连接；

所述功率控制系统(33)，包括：中控箱(331)、机旁控制箱(332)、遥控面板(333)和显示面板(334)；所述机旁控制箱(332)、所述遥控面板(333)和所述显示面板(334)，均连接至所述中控箱(331)。

8.一种船舶，其特征在于，包括：船体(1)；还包括：如权利要求1至7中任一项所述的船舶混合供电系统；所述船舶混合供电系统，连接至所述船体(1)，能够为所述船体(1)供电。

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